生物化学电子教案 动物科学学院 生物技术教研室 绪论(introduction) 【目的与要求】 1.掌握生物化学的含义、研究对象、研究内容。 2.了解生物化学的发展过程 3.了解生物化学与其它学科的关系特别是生物化学在生命科学中的重要意义。 4.了解生物化学在工农业生产和日常生活中的应用。 5.了解生物化学的课程特点与学习方法。 一、生物化学的定义和研究内容 (一）生物化学的定义 生物化学是研究生物体的化学组成和生命过程中的化学变化规律的科学。 具体来说，生物化学就是关于生命的化学，它是利用化学的基本原理和方法来研究生命现象，探讨生命本质的一门科学，是打开生命 奥秘的一把钥匙。 (二)生物化学的研究内容 1.研究生物体的化学组成，这些化学组成的结构、性质和功能（静态生化）。 所有生物体都由三类物质组成：水、无机离子和生物分子（碳氢化合物）。 (1)生物体的元素组成 在地球上存在的92种天然元素中，只有28种在生物体内被发现。 第一类元素：包括C、H、O、N4种，是组成生命体最基本的元素，约占了生物体总质量的99%以上。 第二类元素：包括$、P、CL、Ca、K、Na和Mg等，也是组成生命体的基本元素。 第三类元素：包括Fe、Cu、Co、Mn和Zn。是生物体内存在的主要少量元素。 第四类元素：包括AL、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、Si等。 (2)生物分子 生物体和生命现象的结构基础和功能基础，是生物化学研究的基本对象。包括： 生物大分子糖类、脂类、蛋白质、核酸 生物小分子维生素、激素、抗生素、辅酶、生物碱、毒素等。 各种生物大分子是由基本相同类型的分子单体组成。 2.生物分子如何在体内进行新陈代谢（动态生化），即在生命过程中如何进行物质代谢和能力代谢的。 3.上述两方面研究与复杂生命现象的联系。 二、生物化学的发展简史 早期的生化是在有机化学和生理学上研究。20世纪初生物化学成为一门独立的学科。 (一）中国古代对生化的认识和应用 1.饮食方面 ①公元前21世纪，造酒。以后，制醋
生物化学电子教案 动物科学学院 生物技术教研室 绪 论（introduction） 【目的与要求】 1. 掌握生物化学的含义、研究对象、研究内容。 2. 了解生物化学的发展过程。 3. 了解生物化学与其它学科的关系特别是生物化学在生命科学中的重要意义。 4. 了解生物化学在工农业生产和日常生活中的应用。 5. 了解生物化学的课程特点与学习方法。 一、生物化学的定义和研究内容 （一）生物化学的定义 生物化学是研究生物体的化学组成和生命过程中的化学变化规律的科学。 具体来说，生物化学就是关于生命的化学，它是利用化学的基本原理和方法来研究生命现象，探讨生命本质的一门科学，是打开生命 奥秘的一把钥匙。 （二）生物化学的研究内容 1. 研究生物体的化学组成，这些化学组成的结构、性质和功能（静态生化）。 所有生物体都由三类物质组成：水、无机离子和生物分子（碳氢化合物）。 （1）生物体的元素组成 在地球上存在的92种天然元素中，只有28种在生物体内被发现。 第一类元素：包括C、H、O、N 4种，是组成生命体最基本的元素，约占了生物体总质量的99%以上。 第二类元素：包括S、P、Cl、Ca、K、Na和Mg等，也是组成生命体的基本元素。 第三类元素：包括Fe、Cu、Co、Mn和Zn。是生物体内存在的主要少量元素。 第四类元素：包括Al、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、Si等。 （2）生物分子 生物体和生命现象的结构基础和功能基础，是生物化学研究的基本对象。包括： 生物大分子 糖类、脂类、蛋白质、核酸 生物小分子 维生素、激素、 抗生素、 辅酶、生物碱、毒素等。 各种生物大分子是由基本相同类型的分子单体组成。 2. 生物分子如何在体内进行新陈代谢（动态生化），即在生命过程中如何进行物质代谢和能力代谢的。 3. 上述两方面研究与复杂生命现象的联系。 二、生物化学的发展简史 早期的生化是在有机化学和生理学上研究。20世纪初生物化学成为一门独立的学科。 （一）中国古代对生化的认识和应用 1. 饮食方面 ① 公元前21世纪，造酒。以后，制醋
②公元前12世纪，制酱。同期，制饴。 ③公元12世纪，制作豆腐。 2.医药方面 ①酒曲治疗腹疾。 ②公元前4世纪，《庄子》记载地方性甲状腺肿大一瘿病。7世纪，葛洪《肘后百一方》记载用海藻酒治疗瘿病。 ③公元7世纪，孙思邈《千金方》记载脚气病，发生在食米区。他首次用猪肝治疗雀目。 3.营养方面 《素问》：五谷为养，五畜为益、五果为助、五菜为充。 (二)近代生物化学的发展 15世纪下半叶，自然科学冲破宗教的束缚而较快发展起来，近代生化是从18世纪Lavoisier研究的燃烧和呼吸开始的(1783年Lavoisier 推翻了燃素学说)，到1903年，正式提出“生物化学(biochemistry)”名称，成为一门独立的学科。 1.生物化学发展的4个时期： (1)前期准备时期。 (2)描述的或有机生物化学发展时期一—静态生化阶段(1770-1903)。主要成就有： ①分离了各种氨基酸、甘油、柠檬酸、苹果酸、乳酸和尿素等。 ②肝中分离出了糖原，发现了DNA. ③开始了酶学研究，基本上解决了酶的催化特性、作用条件等。 (3)生理生化发展时期（动态生化）(1903-1950) 主要成就有： ①分离制备出了多种结晶酶，酶的蛋白质本质被确立。 ②细胞氧化方面，发现了脱氢酶、细胞色素。 ③维生素分离、制备、功能研究。 ④酵解、发酵、糖有氧氧化。 ⑤我国：血滤液制备、血糖测定、蛋白质变性。 (4)分子的或综合生化发展时期(1950年以后)。主要成就有： ①生化研究技术和设备有了巨大的发展。 ②蛋白质、酶、和核酸分子结构的研究取得了辉煌成果。 1953年，DNA分子的双螺旋结构及“中心法则的提出，是现代生化发展的一个里程碑。 ③人工合成了肽激素、催产素等。 ④代谢的调控研究受到了重视，提出了操纵子学说。 生化方面主要获奖情况： 2.1937年，英国生物化学家Krbs发现三羧酸循环，获1953年诺贝尔生理学奖。 3.1953年，沃森和克里克(Watson and Crick)确定DNA双螺旋结构，获1962年诺贝尔生理、医学奖。 4.1955年，英国生物化学家桑格尔(Sanger）确定牛胰岛素结构，获1958年诺贝尔化学奖。 5.1980年，Sanger和Gilbeti设计出测定DNA序列的方法，获1980年诺贝尔化学奖。 6.1984年，Bruce Merrifield(美国)，建立和发展蛋白质化学合成方法，获化学奖
② 公元前12世纪，制酱。同期，制饴。 ③ 公元12世纪，制作豆腐。 2. 医药方面 ① 酒曲治疗腹疾。 ② 公元前4世纪，《庄子》记载地方性甲状腺肿大—瘿病。7世纪，葛洪《肘后百一方》记载用海藻酒治疗瘿病。 ③ 公元7世纪，孙思邈《千金方》记载脚气病，发生在食米区。他首次用猪肝治疗雀目。 3. 营养方面 《素问》：五谷为养，五畜为益、五果为助、五菜为充。 （二）近代生物化学的发展 15世纪下半叶，自然科学冲破宗教的束缚而较快发展起来，近代生化是从18世纪Lavoisier研究的燃烧和呼吸开始的（1783年Lavoisier 推翻了燃素学说） ，到1903年，正式提出“生物化学（ biochemistry ）”名称，成为一门独立的学科。 1. 生物化学发展的4个时期： （1）前期 准备时期。 （2）描述的或有机生物化学发展时期——静态生化阶段（1770-1903）。主要成就有： ① 分离了各种氨基酸、甘油、柠檬酸、苹果酸、乳酸和尿素等。 ② 肝中分离出了糖原，发现了DNA。 ③ 开始了酶学研究，基本上解决了酶的催化特性、作用条件等。 （3）生理生化发展时期（动态生化）（1903-1950） 主要成就有： ① 分离制备出了多种结晶酶，酶的蛋白质本质被确立。 ② 细胞氧化方面，发现了脱氢酶、细胞色素。 ③ 维生素分离、制备、功能研究。 ④ 酵解、发酵、糖有氧氧化。 ⑤ 我国：血滤液制备、血糖测定、蛋白质变性。 （4）分子的或综合生化发展时期（1950年以后）。主要成就有： ① 生化研究技术和设备有了巨大的发展。 ② 蛋白质、酶、和核酸分子结构的研究取得了辉煌成果。 1953年，DNA分子的双螺旋结构及“中心法则”的提出，是现代生化发展的一个里程碑。 ③ 人工合成了肽激素、催产素等。 ④ 代谢的调控研究受到了重视，提出了操纵子学说。 生化方面主要获奖情况： 2. 1937年，英国生物化学家Krebs发现三羧酸循环，获1953年诺贝尔生理学奖。 3. 1953年，沃森和克里克（Watson and Crick）确定DNA双螺旋结构，获1962年诺贝尔生理、医学奖。 4. 1955年，英国生物化学家桑格尔（Sanger）确定牛胰岛素结构，获1958年诺贝尔化学奖。 5. 1980年，Sanger和Gilbet设计出测定DNA序列的方法，获1980年诺贝尔化学奖。 6. 1984年，Bruce Merrifield（美国），建立和发展蛋白质化学合成方法，获化学奖
7.1993年，①J.Roberts(美)等发现断裂基因，获化学奖；②Karg B.Mallis(美)发明PCR方法。③Michaet Smith(加拿大)建 立DNA合成用与定点诱变研究。 8.1994年，A1 fred G.8.1997年，主要成就： ①Stanley B.prusiner(美)发现一中新型的致病因子一感染性蛋白颗粒"pnion”(疯牛病)，获生理医学奖。 ②Paul D.Boyer(美)等，说明ATP酶机制，获化学奖。 9.1998年，Robert F.Furchgott(美国)等，发现NO是心血管系统的信号分子，获生理医学奖。 Giillman(美)等，发现G蛋白及基因在细胞内信号转导的作用。 我国科技工作者的成就： 1965年人工合成结晶牛胰岛素。 1981年人工合成了酵母丙氨酸转移核糖核酸。 生物化学是21世纪生命科学的带头学科。 学科热点： 基因组学 蛋白质组学 克隆（组织、器官、个体） 1990.10.1人类基因组计划(Human Genomic Project),2000完成。 三、生物化学与其他学科的关系 1.生物化学与有机化学关系。 2.生物化学与微生物、细胞、遗传、生理等学科的关系。 3.越来越多的其他学科的科学家都参与到生物化学研究中来，使生物化学有了突飞猛进的发展。 四、生物化学的学习方法 本课程特点： 内容多、复杂而繁琐、理论性强、概念多。 建议学习方法： 记好笔记、及时复习、联系实际、多做习题 及时总结、举一反三 在理解基础上有必要的记忆。 几个生物网站： 生物引擎： 医网琴声： 中国生物论坛： 21世纪生物论坛： 基因潮： 生物技术专业网 生物软件网 作业思考： 1、网络查询相关生物反应器的内容或文章，提交到电子邮箱或作业本上
7. 1993年，① J.Roberts（美）等 发现断裂基因，获化学奖；② Karg B. Mallis（美）发明PCR方法。③ Michaet Smith（加拿大）建 立DNA合成用与定点诱变研究。 8. 1994年，Alfred G. 8. 1997年，主要成就： ① Stanley B.prusiner（美）发现一中新型的致病因子—感染性蛋白颗粒“pnion” （疯牛病），获生理医学奖。 ② Paul D.Boyer（美）等，说明ATP酶机制，获化学奖。 9. 1998年，Robert F.Furchgott（美国）等，发现NO是心血管系统的信号分子，获生理医学奖。 Giillman（美）等，发现G蛋白及基因在细胞内信号转导的作用。 我国科技工作者的成就： 1965年人工合成结晶牛胰岛素。 1981年人工合成了酵母丙氨酸转移核糖核酸。 生物化学是21世纪生命科学的带头学科。 学科热点： 基因组学 蛋白质组学 克隆（组织、器官、个体） 1990. 10. 1 人类基因组计划（Human Genomic Project），2000完成。 三、生物化学与其他学科的关系 1. 生物化学与有机化学关系。 2. 生物化学与微生物、细胞、遗传、生理等学科的关系。 3. 越来越多的其他学科的科学家都参与到生物化学研究中来，使生物化学有了突飞猛进的发展。 四、生物化学的学习方法 本课程特点： 内容多、复杂而繁琐、理论性强、概念多。 建议学习方法： 记好笔记、及时复习、联系实际、多做习题 及时总结、举一反三 在理解基础上有必要的记忆。 几个生物网站： 生物引擎： 医网琴声： 中国生物论坛： 21世纪生物论坛： 基因潮： 生物技术专业网 生物软件网 作业思考: 1、网络查询相关生物反应器的内容或文章，提交到电子邮箱或作业本上
2、比较理解生物化学与生理学的概念。 3、结合我们西藏实际情况，你认为畜牧、兽医专业学习生物化学的意义在哪里？ 第一章 蛋白质化学 CHEMISTRY OF PROTEIN 【目的与要求】 1、了解蛋白质对生物体的重要意义。 2、了解蛋白质的分类，掌握蛋白质元素组成的特点。 3、掌握蛋白质的基本构成单位：氨基酸的结构特点，从各氨基酸的结构特点上理解氨基酸的分类。掌握氨基酸的理化性 质，重点掌握两性电离与等电点含义。 4、掌握蛋白质一级结构、二级结构、超二级结构及结构域的概念。 5、了解蛋白质三级结构、四级结构的概念及稳定因素。 6、充分理解蛋白质结构与功能的关系。 7、掌握蛋白质的理化性质：胶体性质、两性电离与等电点、沉淀作用、变性作用以及这些性质的生理意义及实践意义。 8、了解蛋白质分离提纯的常用方法及基本原理。 【教学重点】 1、蛋白质的化学组成及化学结构，蛋白质的物理、化学性质和分离提纯。 2、氨基酸的结构通式、分类和理化性质。 3、血红蛋白的变构与运输氧的功能，蛋白质的变性和复性。 【教学难点】 1、蛋白质的高级结构。 【教学方法】 教师讲解、学生实验
2、比较理解生物化学与生理学的概念。 3、结合我们西藏实际情况，你认为畜牧、兽医专业学习生物化学的意义在哪里？ 第 一 章 蛋白质化学 CHEMISTRY OF PROTEIN 【目的与要求】 1、了解蛋白质对生物体的重要意义。 2、了解蛋白质的分类，掌握蛋白质元素组成的特点。 3、掌握蛋白质的基本构成单位：氨基酸的结构特点，从各氨基酸的结构特点上理解氨基酸的分类。掌握氨基酸的理化性 质，重点掌握两性电离与等电点含义。 4、掌握蛋白质一级结构、二级结构、超二级结构及结构域的概念。 5、了解蛋白质三级结构、四级结构的概念及稳定因素。 6、充分理解蛋白质结构与功能的关系。 7、掌握蛋白质的理化性质：胶体性质、两性电离与等电点、沉淀作用、变性作用以及这些性质的生理意义及实践意义。 8、了解蛋白质分离提纯的常用方法及基本原理。 【教学重点】 1、蛋白质的化学组成及化学结构，蛋白质的物理、化学性质和分离提纯。 2、氨基酸的结构通式、分类和理化性质。 3、血红蛋白的变构与运输氧的功能，蛋白质的变性和复性。 【教学难点】 1、蛋白质的高级结构。 【教学方法】 教师讲解、学生实验
【教学过程】 一、蛋白质的概念和生物学意义 (一）蛋白质的概念 蛋白质（proteir)是构成生物有机体的一类有机含氮的高分子化合物，是生命的物质基础，它是由20种a-氨基酸通过肽键缩合而成的 具有稳定构象的生物高分子。氨基酸作为蛋白质的构件(building-block)，按照不同的比例、顺序连接在一起，构成了自然界中种类 繁多的蛋白质分子。 (二)蛋白质的生物学意义 早在1878年，恩格斯就在《反杜林论》中指出：“生命是蛋白体的存在方式，这种存在方式本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分 的不断的自我更新。” 可以看出： 第一，蛋白体是生命的物质基础： 第二，生命是物质运动的特殊形式，是蛋白体的存在方式： 第三，这种存在方式的本质就是蛋白体与其外部自然界不断的新陈代谢。 现代生物化学的实践完全证实并发展了恩格斯的论断。 1.构成生物体的基本成分一结构物质 2.具有多种生物学功能一功能物质 (1)生物催化绝大多数酶 (2)代谢调节一多肽和蛋白质类激素 (3)免疫保护抗体 (4)转运、贮存一Hb、脂蛋白、载体蛋白 (5)运动和支持一肌球蛋白、肌动蛋白、胶原蛋白 (6)控制生长和分化一组蛋白、阻遏蛋白 (7)信息传递一受体、G蛋白 (8)生物膜的功能 (9)其它：如卵清蛋白、酪蛋白是营养和储存蛋白；胶原蛋白、纤维蛋白等属于结构蛋白；甜味蛋白、毒素蛋白等。 二、蛋白质的元素组成 蛋白质经元素分析，含有大量元素C、H、O、N和少量的S。有些蛋白质还含有微量的P、Fe、Zn、Cu、Mo、I等。 碳50%-55%氢7%~8%氧20%~23% 氨15%~18%硫0-3%其他微量 大多数蛋白质的含氮量接近于16%，所以，可以根据生物样品中的含氮量来计算蛋白质含量： 蛋白质含量(%)=每g样品中含N的g数×6.25 这是凯氏(Kjedahl)定氮法测定蛋白质含量的基础。 三、蛋白质的组成单位一氨基酸 氨基酸(amino acid)是蛋白质水解的最终产物，是组成蛋白质的基本单位。 从蛋白质水解物中分离出来的氨基酸有20种，除脯氨酸外，均为α-氨基酸。 (一)氨基酸的结构通式 从以上结构通式中，可以看出：
【教学过程】 一、蛋白质的概念和生物学意义 （一）蛋白质的概念 蛋白质（protein）是构成生物有机体的一类有机含氮的高分子化合物，是生命的物质基础，它是由20种α- 氨基酸通过肽键缩合而成的 具有稳定构象的生物高分子。氨基酸作为蛋白质的构件（building-block），按照不同的比例、顺序连接在一起，构成了自然界中种类 繁多的蛋白质分子。 （二）蛋白质的生物学意义 早在1878年，恩格斯就在《反杜林论》中指出：“生命是蛋白体的存在方式，这种存在方式本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分 的不断的自我更新。” 可以看出： 第一，蛋白体是生命的物质基础； 第二，生命是物质运动的特殊形式，是蛋白体的存在方式； 第三，这种存在方式的本质就是蛋白体与其外部自然界不断的新陈代谢。 现代生物化学的实践完全证实并发展了恩格斯的论断。 1. 构成生物体的基本成分—结构物质 2. 具有多种生物学功能—功能物质 （1）生物催化—绝大多数酶 （2）代谢调节—多肽和蛋白质类激素 （3）免疫保护—抗体 （4）转运、贮存—Hb、脂蛋白、载体蛋白 （5）运动和支持—肌球蛋白、肌动蛋白、胶原蛋白 （6）控制生长和分化—组蛋白、阻遏蛋白 （7）信息传递—受体、G-蛋白 （8）生物膜的功能 （9）其它：如卵清蛋白、酪蛋白是营养和储存蛋白；胶原蛋白、纤维蛋白等属于结构蛋白；甜味蛋白、毒素蛋白等。 二、蛋白质的元素组成 蛋白质经元素分析，含有大量元素C、H、O、N和少量的S。有些蛋白质还含有微量的P、Fe、Zn、Cu、Mo、I等。 碳 50％~55% 氢 7％~8% 氧 20%~23％ 氮 15%~18% 硫 0~3％ 其他 微量 大多数蛋白质的含氮量接近于16%，所以，可以根据生物样品中的含氮量来计算蛋白质含量： 蛋白质含量（%）=每g样品中含N的g数×6.25 这是凯氏（Kjedahl）定氮法测定蛋白质含量的基础。 三、蛋白质的组成单位 — 氨基酸 氨基酸（amino acid）是蛋白质水解的最终产物，是组成蛋白质的基本单位。 从蛋白质水解物中分离出来的氨基酸有20种，除脯氨酸外，均为α-氨基酸。 （一）氨基酸的结构通式 从以上结构通式中，可以看出：